化工原理-萃取

《化工原理》任課教師：楊雪峰Prof.Dr.YangXuefengPrinciplesofChemicalEngineering第十三章萃取

Chapter13Extraction概述（Introduction）

液-液萃取的基本原理在液體混合物中加入與其不完全混溶的液體溶劑（萃取劑），形成液-液兩相，利用液體混合物中各組分在兩液相中溶解度的差異而達(dá)到分離的目的。也稱溶劑萃取，簡(jiǎn)稱萃取。溶質(zhì)：混合液中被分離出的物質(zhì)，以A表示；稀釋劑（原溶劑）：混合液中的其余部分，以B表示；萃取劑：萃取過程中加入的溶劑，以S表示。萃取劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)有較大的溶解能力，對(duì)于稀釋劑則不互溶或僅部分互溶。液-液萃取過程的分類按性質(zhì)可分為物理萃取和化學(xué)萃?。话摧腿?duì)象可分為有機(jī)物萃取和無機(jī)物萃取。液-液萃取過程舉例19世紀(jì)，用于無機(jī)物和機(jī)物的分離，如1842年用二乙醚萃取硝酸鈾酰，用乙酸乙脂類的物質(zhì)分離水溶液中的乙酸等。石油化工：鏈烷烴與芳香烴共沸物的分離。例如用二甘醇從石腦油裂解副產(chǎn)汽油或重整油中萃取芳烴（尤狄克斯法—Udexprocess），如苯、甲苯和二甲苯。工業(yè)廢水處理：用二烷基乙酰胺脫除染料廠、煉油廠、焦化廠廢水中的苯酚。有色金屬冶煉：濕法冶金中溶液分離、濃縮和凈化的有效方法。例如從鋅冶煉煙塵的酸浸出液中萃取鉈、銦、鎵、鍺，以及鈮-鉭、鎳-鈷、鈾-釩體系的分離，以及核燃料的制備。制藥工業(yè)：從復(fù)雜的有機(jī)液體混合物中分離青霉素、鏈霉素以及維生素等。萃取操作的基本流程分級(jí)接觸式單級(jí)多級(jí)錯(cuò)流多級(jí)逆流按溶液與萃取劑的接觸方式單級(jí)萃取微分接觸式連續(xù)接觸式單級(jí)萃取最多為一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場(chǎng)合。萃取相Extract萃余相Raffinate料液A+BFeed萃取劑Solvent混合澄清槽Mixer-settler多級(jí)錯(cuò)流萃取萃取劑Solvent原料液依次通過各級(jí)，新鮮溶劑則分別加入各級(jí)的混合槽中，萃取相和最后一級(jí)的萃余相分別進(jìn)入溶劑回收設(shè)備，回收溶劑后的萃取相稱為萃取液（用E’表示），回收溶劑后的萃余相稱為萃余液（用R’表示）。特點(diǎn)：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N多級(jí)逆流萃取萃取劑Solvent原料液和萃取劑依次按反方向通過各級(jí)，最終萃取相從加料一端排出，并引入溶劑回收設(shè)備中，最終萃余相從加入萃取劑的一端排出，引入溶劑回收設(shè)備中。特點(diǎn)：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用。料液Feed萃取相Extract萃余相Raffinate123N一液相為連續(xù)相，另一液相為分散相，分散相和連續(xù)相呈逆流流動(dòng)；兩相在流動(dòng)過程中進(jìn)行質(zhì)量傳遞，其濃度沿塔高呈連續(xù)微分變化；兩相的分離在塔的上下兩端進(jìn)行。微分接觸式（連續(xù)接觸式）一般為塔式設(shè)備（噴淋塔、填料塔、轉(zhuǎn)盤塔、振動(dòng)篩板塔等）。輕液出口LightLiquidoutlet輕液進(jìn)口Lightliquidinlet重液出口Heavyliquidoutlet重液進(jìn)口Heavyliquidinlet萃取操作的適用范圍萃取過程本身并未完全完成分離任務(wù)，而只是將難于分離的混合物轉(zhuǎn)變成易于分離的混合物，要得到純產(chǎn)品并回收溶劑，必須輔以精餾（或蒸發(fā)）等操作。萃取操作是兩相間的傳質(zhì)過程，需要研究?jī)梢合嚅g的平衡關(guān)系和相際間的傳質(zhì)速率問題。萃取操作一般用于：(1)混合液中各組分的沸點(diǎn)很接近或形成恒沸混合物，用一般精餾方法不經(jīng)濟(jì)或不能分離；(2)混合液中含熱敏性物質(zhì)，受熱易分解、聚合或發(fā)生其它化學(xué)變化；(3)混合液中需分離的組分濃度很低，采用精餾方法須將大量的稀釋劑汽化，能耗太大。液-液相平衡工業(yè)萃取過程中萃取劑與稀釋劑一般為部分互溶，涉及到的是三元混合物的平衡關(guān)系，一般采用三角形坐標(biāo)圖來表示。組成表示法三角形坐標(biāo)圖可用等腰直角三角形、等邊三角形、不等腰直角三角形坐標(biāo)圖。組分的濃度以摩爾分率，質(zhì)量分率表示均可。本章中xA、xB、xS分別表示A、B、S的質(zhì)量分率。組成表示法ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別表示A、B、S三個(gè)純組分。三條邊上的任一點(diǎn)代表某二元混合物的組成，不含第三組分。E點(diǎn)：xA

=0.4，

xB

=0.6

三角形內(nèi)任一點(diǎn)代表某三元混合物的組成。M點(diǎn)：xA

=0.4，

xB

=0.3，xS

=0.3

EEMM物料衡算與杠桿規(guī)則描述兩個(gè)混合物C和D形成一個(gè)新的混合物M時(shí)，或者一個(gè)混合物M分離為C和D兩個(gè)混合物時(shí)，其質(zhì)量之間的關(guān)系。(1)M點(diǎn)為C與D點(diǎn)的和點(diǎn)，C點(diǎn)為M點(diǎn)與D點(diǎn)的差點(diǎn)，D點(diǎn)為M點(diǎn)與C點(diǎn)的差點(diǎn)。分點(diǎn)與合點(diǎn)在同一條直線上，分點(diǎn)位于合點(diǎn)的兩邊；xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSD(2)分量與合量的質(zhì)量與直線上相應(yīng)線段的長(zhǎng)度成比例，即：CD線上不同的點(diǎn)代表C、D以不同質(zhì)量比進(jìn)行混合所得的混合物；混合物M可分解成任意兩個(gè)分量，只要這兩個(gè)分量位于通過M點(diǎn)的直線上，在M點(diǎn)的兩邊即可。物料衡算與杠桿規(guī)則總物料衡算：A組分的衡算：CM線斜率S組分的衡算：MD線斜率xACABSDCMxAMxADxSCxSMxSDC、M、D三點(diǎn)必在同一直線上三角形相圖(三元體系的液-液平衡關(guān)系)ABS0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.8按組分間互溶度的不同，可將三元混合液分為：(1)溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S不互溶；(2)溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S只能部分互溶；(3)溶質(zhì)A與B完全互溶，B與S和A與S部分互溶。萃取中(2)類物系較普遍，故主要討論該類物系的液-液相平衡。雙結(jié)點(diǎn)溶解度曲線（Binodalsolubilitycurve）REM單相區(qū)兩相區(qū)組成落在單相區(qū)的三元混合物形成一個(gè)均勻的液相；聯(lián)結(jié)線(Tieline)：聯(lián)結(jié)E、R兩點(diǎn)的直線。共軛相(Conjugatephase)：組成落在雙相區(qū)的三元混合物所形成的兩互成平衡的液相，其組成分別由R和E點(diǎn)表示；連接所有的E、R點(diǎn)即得溶解度曲線。恒溫條件下，在實(shí)驗(yàn)瓶中加入恰當(dāng)?shù)腂與S，使混合物的濃度位于RE之間（d點(diǎn)），滴加少許溶質(zhì)A至M1點(diǎn)，充分混合后靜置分層，取兩相試樣分析，得共軛相E1和R1的組成，聯(lián)結(jié)R1E1線即為平衡聯(lián)結(jié)線。獲取溶解度曲線的實(shí)驗(yàn)方法ABS恒溫條件下，在有純組分B的實(shí)驗(yàn)瓶中逐漸滴加溶劑S并不斷搖動(dòng)使其溶解，由于B、S僅部分互溶，S滴加到一定數(shù)量后，混合液開始發(fā)生混濁，即出現(xiàn)了溶劑相，得到的濃度即S在B中的飽和溶解度（圖中R點(diǎn)）。用類似的方法可得E點(diǎn)。R1E1M1ERd混溶點(diǎn)ABS對(duì)任何B、S的兩相混合物，當(dāng)加入A的量使混合液恰好變?yōu)榫嗟狞c(diǎn)稱為混溶點(diǎn)。d1d2ERd3d4溶解度曲線上所有的點(diǎn)都是混溶點(diǎn)，既可能代表E相，也可能代表R相。P點(diǎn)將溶解度曲線分為萃取相區(qū)域與萃余相區(qū)域。一般臨界混溶點(diǎn)并不是溶解度曲線的最高點(diǎn)，其準(zhǔn)確位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)定也很困難。通常聯(lián)結(jié)線不互相平行，其斜率隨混合液的組成而異，一般是按同一方向緩慢地改變。有些物系在不同濃度范圍內(nèi)聯(lián)結(jié)線斜率方向不同，如吡啶－氯苯－水體系。臨界混溶點(diǎn)P（Plaitpoint）ABSR1E1M1ERd兩個(gè)共軛相組成相同時(shí)的混溶點(diǎn)。P通常聯(lián)結(jié)線不互相平行，其斜率隨混合液的組成而異，一般是按同一方向緩慢地改變。有些物系在不同濃度范圍內(nèi)聯(lián)結(jié)線斜率方向不同，如吡啶－氯苯－水體系。聯(lián)結(jié)線(Tieline)：已知共軛相中任一相的組成，可利用輔助線得出另一相的組成。輔助曲線與溶解度曲線的交點(diǎn)即為臨界混溶點(diǎn)P；輔助曲線（Auxiliarycurve）ABSR1E1實(shí)驗(yàn)測(cè)得的平衡聯(lián)結(jié)線（即共軛相的組成數(shù)據(jù)）是有限的，對(duì)其它組成的液-液平衡數(shù)據(jù)，可以采用輔助曲線的方法獲得。P方法一：已知聯(lián)結(jié)線E1R1、E2R2、E3R3、E4R4，分別從E1、E2、E3、E4點(diǎn)作AB平行線，與由R1、R2、R3、R4點(diǎn)分別作的BS平行線相交，連結(jié)各交點(diǎn)即得輔助曲線；R2E2E3E4R3R4輔助曲線延長(zhǎng)線與溶解度曲線的交點(diǎn)即為臨界混溶點(diǎn)P；借助輔助曲線可求出任何一對(duì)共軛相的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即可由一平衡液相的組成找出對(duì)應(yīng)共軛相的組成。輔助曲線（Auxiliarycurve）ABSR1E1P方法二：分別從E1、E2、E3、E4點(diǎn)引AB平行線，與分別從R1、R2、R3、R4點(diǎn)引出的AS平行線相交，連結(jié)各交點(diǎn)即得輔助曲線；R2E2E3E4R3R4直角坐標(biāo)系表示的相平衡關(guān)系

xy0兩相平衡關(guān)系也可由直角坐標(biāo)系表示，用yA

表示A組分在萃取相的濃度，xA

表示A組分在萃余相的濃度。分配曲線只要任一平衡相中的任一組分的組成一定，共它組分的組成及其共軛相的組成就為定值。相律：?jiǎn)我合嗳M分體系，F(xiàn)=4。溫度、壓強(qiáng)一定，兩個(gè)組分濃度可自由變化，歸一條件確定第三組分濃度。P雙液相三組分體系平衡時(shí)，F(xiàn)=3。溫度、壓強(qiáng)一定，F(xiàn)=1。溶質(zhì)在平衡兩液相間的平衡關(guān)系為：在只含有組分A與B的原料液F中加入一定量的萃取劑S后，得到新的混合液M，由杠桿規(guī)則知F、S和M之間的關(guān)系為M靜置分層得萃取相E和萃余相R，其質(zhì)量關(guān)系為萃取在三角形坐標(biāo)圖上的表示法ABSREME’R’FE’max從萃取相E中除去萃取劑S后得萃取液E’；Emax從萃余相R中除去萃取劑S后得萃余液R’；單級(jí)萃取中，萃取相能達(dá)到的最大A組分含量為Emax

點(diǎn)的組成，對(duì)應(yīng)的萃取液組成點(diǎn)為E’max。液-液萃取的動(dòng)力學(xué)特性液-液傳質(zhì)設(shè)備中，兩相之間、分散的液滴間以及兩相流體與設(shè)備間均存在著十分復(fù)雜的相互作用。主要影響因素：液滴的破碎；液滴間的凝聚；界面擾動(dòng)；軸向混合等。在萃取設(shè)計(jì)中，需同時(shí)考慮相平衡關(guān)系和相際傳質(zhì)速率。傳質(zhì)速率取決于相際接觸面積、傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)推動(dòng)力。一般將一相分散成液滴與另一相接觸，以增加傳質(zhì)面積。由于萃取設(shè)備的兩相流動(dòng)現(xiàn)象極為復(fù)雜，目前必須依靠經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的方法來處理萃取過程的設(shè)計(jì)和放大。液滴的分散、凝聚、界面擾動(dòng)液滴的分散、凝聚、界面擾動(dòng)液液傳質(zhì)過程中，分散相既可以是重相，也可以是輕相。分散相的選擇應(yīng)考慮以下幾方面：(1)兩相體積流率相差不大時(shí)，以體積流率大的作為分散相。對(duì)同樣尺寸的液滴，可以有較大的接觸界面；(2)兩相體積流率相差很大時(shí)，以體積流率小的作為分散相；(3)從安全方面考慮，應(yīng)將易燃易爆的液相作為分散相；(4)傳質(zhì)方向、表面張力和界面擾動(dòng)的考慮：滴內(nèi)滴外：對(duì)d/dc>0的系統(tǒng)，液滴穩(wěn)定性較差，容易破碎，而液膜的穩(wěn)定性較好，液滴不易合并。此時(shí)形成的液滴群平均直徑較小，相際接觸表面較大。滴外滴內(nèi)：情況剛好相反。根據(jù)系統(tǒng)性質(zhì)選擇好分散相，可在同樣條件下獲得較大的相際傳質(zhì)表面積，強(qiáng)化傳質(zhì)過程。(5)設(shè)備內(nèi)件的潤(rùn)濕特性，一般選擇不潤(rùn)濕內(nèi)部構(gòu)件的那一相為分散相。液滴的傳質(zhì)特性液-液萃取過程傳質(zhì)速率方程式為式中：NA－萃取通量，kg/(m2·s)；

kx－以萃余相為基準(zhǔn)的分傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s·x)；

ky－以萃取相為基準(zhǔn)的分傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s·y)；x、xi－分別為萃余相主體、界面濃度；

y、yi

－分別為萃取相主體、界面濃度。式中：Ky－以萃取相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s·y)；

Kx－以萃余相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·s·x)；

y*－與萃余相組成x成平衡的萃取相組成；

x*

－與萃取相組成y成平衡的萃余相組成。萃取分離效果及其主要影響因素萃取率（提取率）E：萃取劑的選擇分配系數(shù)（Distributioncoefficient）一般kA

不為常數(shù)，而隨溫度、溶質(zhì)A的濃度變化。在A濃度變化不大和恒溫條件下，kA

可視為常數(shù)（平衡常數(shù)m），其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。一定溫度下，A組分在互成平衡的兩液相中的濃度比注意：kA只反映S

對(duì)A的溶解能力，不反映A、B的分離程度。萃取劑的選擇選擇性系數(shù)（Selectivitycoefficient）kA，kB

，

。表示S對(duì)A、B組分溶解能力差別，即A、B的分離程度。kB一定：kA，。kA一定：kB

，。兩相平衡時(shí)，萃取相E中A、B組成之比與萃余相R中A、B組組成之比的比值。選擇與稀釋劑互溶度小的溶劑，可增加分離效果。萃取劑的選擇化學(xué)穩(wěn)定性(1)

溶解度：萃取劑在料液相中的溶解度要小。(2)

密度：密度差大，有利于分層，不易產(chǎn)生第三相和乳化現(xiàn)象，兩液相可采用較高的相對(duì)速度逆流。(3)

界面張力：界面張力大，有利于液滴的聚結(jié)和兩相的分離；另一方面，兩相難以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴的聚結(jié)更重要，故一般選用使界面張力較大的萃取劑。(4)

粘度：低粘度有利于兩相的混合與分層，流動(dòng)與傳質(zhì)，對(duì)萃取有利。對(duì)大粘度萃取劑，可加入其它溶劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。萃取劑應(yīng)不易水解和熱解，耐酸、堿、鹽、氧化劑或還原劑，腐蝕性小。在原子能工業(yè)中，還應(yīng)具有較高的抗輻射能力。物理性質(zhì)萃取劑的選擇回收的難易無毒或毒性小、無刺激性、不易燃（閃點(diǎn)高），難揮發(fā)（沸點(diǎn)高、蒸氣壓小）。來源豐富，價(jià)格便宜，循環(huán)使用中損耗小。為了獲得純產(chǎn)品及使溶劑循環(huán)使用，必須將萃取相及萃余相中的溶劑進(jìn)行回收。萃取過程中，溶劑回收是費(fèi)用最多的環(huán)節(jié)。有的萃取劑雖有許多良好的性質(zhì)，但因回收困難而不被采用。溶劑回收常用的方法是蒸餾、蒸發(fā)、反萃取等。其它因素在選擇具體的萃取劑或幾種溶劑組成的萃取劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮上述因素。溫度對(duì)萃取過程的影響相圖上兩相區(qū)的大小，不僅取決于物系本身的性質(zhì)，而且與操作溫度有關(guān)。一般情況下，溫度上升，互溶度增加，兩相區(qū)減小。溫度特別高時(shí)，兩相區(qū)會(huì)完全消失，致使萃取分離不能進(jìn)行。二苯基己烷廿二烷糠醛0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845C80C115C140C甲基環(huán)戊烷正己烷苯胺0.80.60.40.20.80.60.40.20.20.40.60.845CPP34.5C25C萃取過程的計(jì)算理論級(jí)：離開萃取器的萃取相與萃余相互成平衡。對(duì)分級(jí)式萃取過程，可先求出所需理論級(jí)數(shù)，然后由基于質(zhì)量傳遞速度的級(jí)效率確定所需的實(shí)際級(jí)數(shù)。由相際傳質(zhì)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)較小，可視為等溫過程。單級(jí)萃取的計(jì)算計(jì)算任務(wù)：給定F、xF、yS、xR（或x’R）等條件，根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)和物料衡算求出S，E、yE、E’、y’E。萃取相E,yE萃余相R,xR料液F,xF萃取劑S,yS萃取液E’,y’E萃余液R’,x’R脫除S脫除S根據(jù)平衡數(shù)據(jù)作出溶解度曲線及輔助線。已知xF,在AB邊上定出F點(diǎn)，由萃取劑組成確定S0點(diǎn)。聯(lián)結(jié)FS0，代表原料液與萃取劑的混合液M點(diǎn)必在FS0線上。單級(jí)萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶單級(jí)萃取可間歇或連續(xù)操作。計(jì)算方法有解析法和圖解法。圖解法ABSREE’R’F由xR（或xR’）定出R點(diǎn)（若知R’點(diǎn)，連SR’線與溶解度曲線的交點(diǎn)即為R點(diǎn)）。再由R點(diǎn)利用輔助曲線求出E點(diǎn)，則RE與FS0線的交點(diǎn)即為混合液的組成點(diǎn)M。M單級(jí)萃取圖解法S0單級(jí)萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶根據(jù)杠桿法則——溶劑比yE、xM、xR

、x’R、y’E可由相圖讀出。ABSREE’R’FM單級(jí)萃取圖解法S0D點(diǎn)：最小溶劑用量，SminG點(diǎn)：最大溶劑用量，Smax單級(jí)萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶最小溶劑用量和最大溶劑用量萃取只能在分層區(qū)內(nèi)進(jìn)行。對(duì)單級(jí)萃取，原料量F及組成一定：萃取操作S應(yīng)滿足下列條件：ABSREFM單級(jí)萃取圖解法S0DG計(jì)算與吸收相似。比質(zhì)量分率Y(kgA/kgS)和

X(kgA/kgB)表示的平衡關(guān)系為：?jiǎn)渭?jí)系統(tǒng)的物料衡算：?jiǎn)渭?jí)萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑完全不互溶體系

適用于萃取劑與稀釋劑互溶度很小，且在操作范圍內(nèi)溶質(zhì)組分對(duì)B、S的互溶度又無明顯影響的體系。——單級(jí)萃取操作的操作線方程

Y10分配曲線Y0X1XF-B/S多級(jí)錯(cuò)流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶單級(jí)萃取分離程度有限，可采用多級(jí)萃取進(jìn)一步降低萃余相中溶質(zhì)的濃度。多級(jí)錯(cuò)流的計(jì)算只是單級(jí)的多次重復(fù)。第一級(jí)：F+S0M1，M1E1+R1（平衡相）第二級(jí)：R1+S0M2，M2E2+R2（平衡相）第三級(jí)：R2+S0M3，M3E3+R3（平衡相）依次計(jì)算，直到萃余相中溶質(zhì)的濃度等于或小于所要求的濃度為止，標(biāo)繪的聯(lián)結(jié)線數(shù)目即為理論級(jí)數(shù)。萃取劑S,yS料液F,xF萃取相Extract萃余相RaffinateM1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1Rn設(shè)各級(jí)萃取劑用量均為S0M1(FS0上)M2(R1S0上)M3(R2S0上)多級(jí)錯(cuò)流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶圖解ABSR1E1FM1多級(jí)錯(cuò)流萃取圖解法S0E2R2M3M2E3R3——操作線方程

平衡關(guān)系：任一級(jí)系統(tǒng)的物料衡算：多級(jí)錯(cuò)流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑完全不互溶體系

由平衡數(shù)據(jù)繪出X~Y平衡曲線，由每一級(jí)物料衡算得出操作線，直到第n級(jí)萃余相中的濃度XR

滿足要求為止。Y10Y*=f(X)Y0X1XF-B/S1X2Y2X3Y3-B/S2-B/S3多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶物料衡算萃取劑S,yS料液F,xF萃取相萃余相M1M2M3MnE1R1E2E3EnR2R3Rn-1RnE4i=1F+E2=R1+E1或F-E1=R1-E2i=2F+E3=R2+E1或F-E1=R2-E3i=n

F+S=Rn

+E1或F-E1=Rn

-SF-E1=R1-E2=R2-E3=．．．=Rn-1-En=Rn

-S=Δ離開每級(jí)的R

與進(jìn)入該級(jí)的E

流量之差為一常數(shù)。>0，流動(dòng)方向與R相同，<0，流動(dòng)方向與E

相同。每一級(jí)的“凈流量”多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶三角形相圖上的圖解方法ABSE1FM多級(jí)逆流萃取圖解法S0E2E3F-E1=R1-E2=R2-E3=R3-E4．．．=Rn-1-En=Rn-S=ΔE4R1R4R2F+S=M=E1+Rn

由給定的F、S和Rn

可得出E1RnR3注意：M1M2M3M4···

M多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶直角坐標(biāo)圖上的圖解方法——操作線方程S0,ySmnEm

,

ymEnRm-1,

xm-1RmRn-1Rn

,

xnEm-1對(duì)A組分作物料衡算：多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶操作線的作法ABSE1FM多級(jí)逆流萃取圖解法S0EmRm-1(1)確定Rn

及E1點(diǎn)，由E1F線與S0Rn線確定點(diǎn)。Rn(2)在FE1及RnS0兩線間，過點(diǎn)作任意操作線與溶解度曲線相交于Rm-1與Em，得操作線上一點(diǎn)（xm-1、ym），重復(fù)上述步驟可得操作線。(2)在分配曲線與操作線之間，從點(diǎn)N(xF，y1)開始畫梯級(jí)，直至某一梯級(jí)所指萃余相組成x≤xn

為止，所繪的梯級(jí)數(shù)即為萃取所需的理論級(jí)數(shù)。多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑部分互溶理論級(jí)數(shù)(1)由平衡數(shù)據(jù)繪出分配曲線；由操作線數(shù)據(jù)畫操作線。xy0分配曲線PNy1xFxnySxm-1ym操作線多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑不互溶物料衡算——操作線方程S,Ym+11mS

,Y1SB

,

XFBBB

,

XmS式中：XF——料液中溶質(zhì)A的濃度，kgA/kgB；Y1——最終萃取相E1中溶質(zhì)A的濃度，kgA/kgS；

Xm

——離開m級(jí)萃取相中溶質(zhì)A的濃度，kgA/kgB;Ym+1——進(jìn)入m級(jí)萃取相中溶質(zhì)A的濃度，kgA/kgS;

B——原料液中純稀釋劑的流量，kg/h;

S——原始萃取劑組分純S的流量，kg/h。多級(jí)逆流萃取的計(jì)算：萃取劑與稀釋劑不互溶理論級(jí)數(shù)在Y－X坐標(biāo)圖上作出分配曲線及操作線，然后在此兩線間作梯級(jí)便可得到所需的理論級(jí)數(shù)。XY0分配曲線NY1XFXnYSX2Y2操作線操作線斜率：B/S溶劑比：S/F操作線與分配曲線相交，所需理論級(jí)數(shù)∞。(B/S)max(S/F)min萃取操作的實(shí)際溶劑比(S/F)＞(S/F)min。B/S增加，操作線向分配曲線靠近，完成同樣分離任務(wù)所需的理論級(jí)數(shù)增加。溶劑比對(duì)逆流萃取理論級(jí)數(shù)的影響稀釋劑與萃取劑不互溶物系XY0分配曲線(B/S)maxY2XFXnYSY1(B/S)1(B/S)2在三角形坐標(biāo)圖上求理論級(jí)數(shù)，操作點(diǎn)的位置與溶劑比有關(guān)，也反映了要完成分離任務(wù)所需理論級(jí)數(shù)的多少。溶劑比對(duì)逆流萃取理論級(jí)數(shù)的影響稀釋劑與萃取劑部分互溶物系A(chǔ)BSE1FM1多級(jí)逆流萃取圖解法S01Rn2M2E1在三角形坐標(biāo)圖上求理論級(jí)數(shù)，操作點(diǎn)的位置與溶劑比有關(guān)，也反映了要完成分離任務(wù)所需理論級(jí)數(shù)的多少。溶劑比對(duì)逆流萃取理論級(jí)數(shù)的影響稀釋劑與萃取劑部分互溶物系A(chǔ)BSE1FM1多級(jí)逆流萃取圖解法S01Rn2M2E1操作線與平衡線的切點(diǎn)e既在平衡線上，又在操作線上。在三角形相圖中，(S/F)min對(duì)應(yīng)的操作線與平衡聯(lián)結(jié)線重合。利用杠桿規(guī)則可求出最小溶劑比(S/F)min

。溶劑比對(duì)逆流萃取理論級(jí)數(shù)的影響B(tài)與S部分互溶物系的最小溶劑比(S/F)min

xy0分配曲線PNy1xFxnyS操作線e塔式萃取設(shè)備一般為逆流微分接觸式，兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸傳質(zhì)，濃度沿塔高連續(xù)變化。塔徑：取決于兩液相的流量與塔中兩相適宜的流速。塔高：理論級(jí)當(dāng)量高度法和傳質(zhì)單元法。微分接觸式逆流萃取理論級(jí)當(dāng)量高度法理論級(jí)當(dāng)量高度：兩相逆流時(shí)，分離效果相當(dāng)于一個(gè)理論級(jí)的萃取段高度，以HETS

表示。若已知逆流萃取所需要的理論級(jí)數(shù)NT，則塔高H為：HETS反映的是萃取的傳質(zhì)效果。塔效率愈高，HETS愈小。NT

反映的是萃取分離要求的高低和分離的難易程度。HETS與物系的物性、濃度、流量及塔型有關(guān)，需在相似條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定。

微分接觸式逆流萃取傳質(zhì)單元法萃取相E,y經(jīng)過逆流萃取塔中微元段dH

后變?yōu)镋+dE,y+dy。以微元段為控制體，對(duì)溶質(zhì)組分作物料衡算有：式中：E－萃取相的流量，kg/h、或kg/s；a－單位塔體積的傳質(zhì)面積，m2/m3；

－塔截面積，m2；

Ky－以萃取相組成為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2·h·y)；y*－與萃余相組成x呈平衡的萃取相組成，質(zhì)量分率。E,ydHE+dE,y+dy傳質(zhì)單元法上式中E、Ky

都是y的函數(shù)，積分比較困難。設(shè)E相中溶質(zhì)總量為EA，非溶質(zhì)部分總量為EBS，且EBS變化不大，則傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)回流萃取（Refluxextraction）萃取相萃余相萃取液原料溶劑萃取塔回流萃取相增濃段萃余相提純段溶劑回收超臨界萃?。╯upercriticalfluidextraction）以接近或超過臨界點(diǎn)的低溫、高壓、高密度氣體作為溶劑，從液體或固體中萃取所需組分，然后采用等壓變溫或等溫變壓等方法，將溶質(zhì)與溶劑分離的單元操作。超臨界萃取的基本原理超臨界流體：狀態(tài)在臨界溫度與臨界壓力以上的流體。超臨界流體的p-V-T性質(zhì)常用的超臨界流體：二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨、正戊烷、甲苯等。超臨界萃取的基本原理超臨界流體的密度接近于液體，黏度接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)在氣體和液體之間，比液體大100倍左右。超臨界流體具有與液體相近的溶解能力，同時(shí)其傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于液體溶劑并能很快達(dá)到萃取平衡。超臨界流體的基本性質(zhì)物性氣體(常溫、常壓)超臨界流體液體(常溫、常壓)Tc

,pcTc

,4pc密度/(kgm-3)2~6200~500400~900600~1600黏度105/(Pas)1~31~33~920~300擴(kuò)散系數(shù)104/(m2

s-1)0.1~0.40.710-30.210-3(0.2~2)10-5超臨界萃取的基本原理超臨界流體的溶解能力與密度接有關(guān)，其關(guān)系如下：超臨界流體的溶解能力式中k和m的數(shù)值與超臨界流體及被萃取物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。一般k為正值，即密度越大、溶解能力越大。1)甘氨酸2)弗朗鼠李甙3)大黃素4)對(duì)羥基苯甲酸5)1,8-二羥基蒽醌6)水楊酸7)苯甲酸超臨界萃取的典型流程超臨界萃取主要由萃取階段和分離階段兩部分組成。等溫變壓流程萃取器分離器PP壓縮機(jī)膨脹閥T1T2利用不同壓力下超臨界流體萃取能力（溶解度）的差異，通過改變壓力使溶質(zhì)與超臨界流體分離。特點(diǎn)：T1=T2，p1>p2超臨界萃取的典型流程等壓變溫流程萃取器分離器PP泵加熱器T1T2利用不同溫度下超臨界流體萃取能力（溶解度）的差異，通過改變溫度使溶質(zhì)與超臨界流體分離。特點(diǎn)：T1<T2，p1=p2超臨界萃取的典型流程等溫等壓吸附流程萃取器分離器PP泵T1T2在分離器內(nèi)放置僅吸附溶質(zhì)而不吸超臨界流體的吸附劑，通過吸附過程來達(dá)到溶質(zhì)與超臨界流體分離的目的。特點(diǎn)：T1=T2，p1=p2吸收劑吸附劑超臨界萃取的特點(diǎn)超臨界萃取在溶解能力、傳質(zhì)性能以及溶劑回收方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：超臨界流體的密度與溶解能力接近于液體，而又保持了氣體的傳遞特性，故傳質(zhì)速率高，可更快達(dá)到萃取平衡；操作條件接近臨界點(diǎn)，壓力、溫度的微小變化都可改變超臨界流體的密度與溶解能力，故溶質(zhì)與溶劑的分離容易，費(fèi)用低；超臨界萃取具有萃取和精餾的雙重特性，可分離難分離物質(zhì)；超臨界流體一般具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無腐蝕性、萃取操作溫度不高等特點(diǎn)，故特別適用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)；超臨界萃取一般在高壓下進(jìn)行，設(shè)備投資較大。超臨